[发明专利]一种半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，特别涉及一种用于光MEMS的光纤阵列对光纤阵列的半自对准直接耦合式光纤阵列及其制备方法。

背景技术

随着光微机电系统（MEMS）技术和集成光波导技术在光器件领域的应用越来越多，MEMS或集成光学器件的输入输出端口同光纤阵列的耦合需求也越来越多。基于MEMS技术的MEMS光平台技术可以大大简化封装所需的光路微调操作。例如US7013056B2中披露了制作各种形状的用于固定光纤的槽（见图1）；US5854867A中披露了硅基平台也可以精确制做孔或坑放置非光纤光器件，例如球透镜，激光器，探测器等（图2）。当硅干法深刻蚀工艺用于刻蚀微槽时，还可以制作集成的弹性梁用于压紧光纤。在玻璃，陶瓷等衬底上通过刻画制作沟槽并进一步制作光纤阵列的方法也被广泛使用，并有非常成熟的产品销售。

MEMS制作工艺虽然精确，但仍有误差。例如V形槽在用KOH腐蚀时，硅单晶的晶格缺陷将直接导致腐蚀面的腐蚀速率局部不均匀。DRIE深刻蚀时，侧壁并不是光滑的，光刻的图形边缘也会有一定的位置误差。光纤本身也会引入一定的误差。如光纤端面解理或抛光时的角度误差，光纤纤芯的同心度等。如图3所示，由于材料，工艺及封装的原因，输入和输出光纤的纤芯可能有一定的误差。在使用多通道MEMS光平台时，光纤或光器件的放置和对准不再具有自由空间对准的自由度。因此，上述误差较大时，耦合损耗及耦合损耗的均匀性变差。在某些应用中，需要光纤对光纤的阵列耦合，美国专利申请US2004/0136680A1也提到了一种MEMSVOA使用光纤对光纤直接耦合的方式，但该方式由于封装流程限制，耗损较大。

综上所述可知，各通道的耦合损耗既器件的插入损耗的均匀性受MEMS光学平台，光纤的几何尺寸误差及封装流程的误差影响。因此，提高多通道光纤对光纤直接耦合的损耗均匀性，以降低整个器件的最大插损，需要新的光纤阵列制作和封装方法。

发明内容

本发明针对降低采用MEMS光学平台的光纤对光纤直接耦合损耗，提高多通道耦合损耗均匀性提出了半自对准式制作方法。根据本方法制作的光纤阵列的输入输出端如图4a和4b所示，在有光纤位置偏移，同心度较大时，他们的偏差是一致的。因此，他们的耦合损耗受上述位置偏差和同心度的影响被减小，理想情况下完全消除。

具体技术方案如下：

半自对准直接耦合式光纤阵列的制备方法，包括以下步骤：

1、提供光学平台，在所述光学平台上根据所需光纤位置开槽，具体方式为使光纤与槽达到一一对应，槽可以为V形或矩形；

2、将光纤一一对应地放置在步骤1）制备的所述槽中，并将光纤固定在所述槽中，所用固定方法优选使用胶将光纤与沟槽的缝隙填满并固化，所用的胶可以为紫外固化胶或热固化胶；

3、把光学平台和光纤一起切开，切开的方式可以用现有技术中的常规切割方式，如砂轮切割或激光切割等，但需要保证切割的缝隙越小越好，优选为50微米或更小；

4、将切开后得到的两个端面放置在底板上对准并固定，固定前将两个端面进行打磨抛光。

其中步骤3）中得到的切割面垂直于光学平台表面；或者该切割面与光学平台表面的垂直方向呈一定角度，该角度优选8°。

其中当切割面垂直于光学平台表面时，切割面与光纤排列方向的垂直方向可呈一定角度，该角度优选8°。

当切割面与光学平台表面的垂直方向呈一定角度时，需要在底板上制作台阶，所述切开后得到的两个端面分别放置在所述台阶之上和台阶的一侧对准并固定，台阶的高度设置为可补偿切割角度带来的耦合损耗，具体为将一个端面置于台阶上，另一个置于台阶下的一侧底板上。

具体的，台阶的制作方法可以使用常规沉积（腐蚀）方法，材料可以为氧化硅，如在底板上沉积一层氧化硅，然后用刻蚀的方法，如光刻、湿法腐蚀、反应离子刻蚀及其组合制作台阶；可以通过一定公式具体计算台阶高度，参见图11，其中两个光纤阵列的端面间距为d，切割角度为α1，光纤的折射率为n，出射角度为α2，那么台阶高度h=sin(α2-α1)×（d/cosα2）。

光学平台为单晶硅片，也可选用其他材料，如玻璃，陶瓷等；底板的材料选自硅、玻璃或陶瓷。

使用以上方法制备的光纤阵列可用于光MEMS的VOA器件。

与目前现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、输入和输出光纤半自对准，不受光纤同心度，和直径误差的影响。

2、输入和输出光纤半自对准，对封装工艺的要求低。